Le changement climatique provoque des modifications importantes du phytoplancton dans les océans du monde, et une nouvelle étude du MIT révèle qu'au cours des prochaines décennies, ces changements affecteront la couleur de l'océan, intensifiant ses régions bleues et ses vertes. Les satellites devraient détecter ces changements de teinte, fournir une alerte précoce des changements à grande échelle des écosystèmes marins.

Écrire dans Communication Nature , les chercheurs rapportent avoir développé un modèle global qui simule la croissance et l'interaction de différentes espèces de phytoplancton, ou d'algues, et comment le mélange d'espèces dans divers endroits changera à mesure que les températures augmenteront dans le monde. Les chercheurs ont également simulé la façon dont le phytoplancton absorbe et réfléchit la lumière, et comment la couleur de l'océan change à mesure que le réchauffement climatique affecte la composition des communautés de phytoplancton.

Les chercheurs ont suivi le modèle jusqu'à la fin du 21e siècle et ont découvert que, d'ici 2100, plus de 50 pour cent des océans du monde changeront de couleur, en raison du changement climatique.

L'étude suggère que les régions bleues, comme les régions subtropicales, deviendra encore plus bleu, reflétant encore moins le phytoplancton - et la vie en général - dans ces eaux, par rapport à aujourd'hui. Certaines régions plus vertes aujourd'hui, comme près des pôles, peut devenir encore plus vert, à mesure que les températures plus chaudes créent de plus grandes proliférations de phytoplancton plus diversifié.

"Le modèle suggère que les changements ne sembleront pas énormes à l'œil nu, et l'océan aura toujours l'air d'avoir des régions bleues dans les régions subtropicales et des régions plus vertes près de l'équateur et des pôles, " dit l'auteur principal Stéphanie Dutkiewicz, chercheur principal au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et les sciences planétaires et le programme conjoint sur la science et la politique du changement global. "Ce modèle de base sera toujours là. Mais il sera suffisamment différent pour affecter le reste du réseau trophique soutenu par le phytoplancton."

Les co-auteurs de Dutkiewicz incluent Oliver Jahn du MIT, Anna Hickman de l'Université de Southhampton, Stephanie Henson du Centre national d'océanographie de Southampton, Claudie Beaulieu de l'Université de Californie à Santa Cruz, et Erwan Monier de l'Université de Californie à Davis.

Compte de chlorophylle

La couleur de l'océan dépend de la façon dont la lumière du soleil interagit avec tout ce qui se trouve dans l'eau. Les molécules d'eau absorbent à elles seules presque toute la lumière du soleil, à l'exception de la partie bleue du spectre, qui se réfléchit. D'où, les régions océaniques relativement arides apparaissent en bleu profond depuis l'espace. S'il y a des organismes dans l'océan, ils peuvent absorber et réfléchir différentes longueurs d'onde de lumière, en fonction de leurs propriétés individuelles.

phytoplancton, par exemple, contiennent de la chlorophylle, un pigment qui absorbe principalement dans les parties bleues de la lumière du soleil pour produire du carbone pour la photosynthèse, et moins dans les portions vertes. Par conséquent, plus de lumière verte est réfléchie hors de l'océan, donnant aux régions riches en algues une teinte verdâtre.

Depuis la fin des années 1990, les satellites ont pris des mesures en continu de la couleur de l'océan. Les scientifiques ont utilisé ces mesures pour dériver la quantité de chlorophylle, et par extension, phytoplancton, dans une région océanique donnée. Mais Dutkiewicz dit que la chlorophylle ne reflète pas nécessairement le signal sensible du changement climatique. Toute variation significative de la chlorophylle pourrait très bien être due au réchauffement climatique, mais ils pourraient aussi être dus à la "variabilité naturelle" - normale, augmentations périodiques de la chlorophylle dues à la nature, phénomènes liés à la météo.

"Un événement El Niño ou La Niña provoquera un très grand changement dans la chlorophylle car il modifie la quantité de nutriments qui entrent dans le système, " Dit Dutkiewicz. " A cause de ces gros, changements naturels qui se produisent toutes les quelques années, il est difficile de voir si les choses changent à cause du changement climatique, si vous ne regardez que la chlorophylle."

Modélisation de la lumière de l'océan

Au lieu de chercher des estimations dérivées de la chlorophylle, l'équipe s'est demandé si elle pouvait voir un signal clair de l'effet du changement climatique sur le phytoplancton en examinant uniquement les mesures satellitaires de la lumière réfléchie.

Le groupe a peaufiné un modèle informatique qu'il a utilisé dans le passé pour prédire les changements du phytoplancton avec la hausse des températures et l'acidification des océans. Ce modèle prend des informations sur le phytoplancton, comme ce qu'ils consomment et comment ils poussent, et incorpore ces informations dans un modèle physique qui simule les courants et le mélange de l'océan.

Cette fois-ci, les chercheurs ont ajouté un nouvel élément au modèle, qui n'a pas été inclus dans d'autres techniques de modélisation océanique :la capacité d'estimer les longueurs d'onde spécifiques de la lumière qui sont absorbées et réfléchies par l'océan, selon la quantité et le type d'organismes dans une région donnée.

"La lumière du soleil viendra dans l'océan, et tout ce qui est dans l'océan l'absorbera, comme la chlorophylle, " dit Dutkiewicz. " D'autres choses l'absorberont ou le disperseront, comme quelque chose avec une coque dure. C'est donc un processus compliqué, comment la lumière est réfléchie hors de l'océan pour lui donner sa couleur."

Lorsque le groupe a comparé les résultats de leur modèle aux mesures réelles de la lumière réfléchie que les satellites avaient prises dans le passé, ils ont trouvé que les deux s'accordaient suffisamment pour que le modèle puisse être utilisé pour prédire la couleur de l'océan à mesure que les conditions environnementales changent à l'avenir.

"Ce qui est bien avec ce modèle, c'est nous pouvons l'utiliser comme laboratoire, un endroit où l'on peut expérimenter, pour voir comment notre planète va changer, " dit Dutkiewicz.

Un signal dans les bleus et les verts

Alors que les chercheurs augmentaient les températures mondiales dans le modèle, jusqu'à 3 degrés Celsius d'ici 2100 - ce que la plupart des scientifiques prédisent se produira dans un scénario de statu quo de relativement aucune action pour réduire les gaz à effet de serre - ils ont découvert que les longueurs d'onde de la lumière dans la bande d'ondes bleu/vert répondaient le plus rapidement.

Quoi de plus, Dutkiewicz a observé que cette bande d'ondes bleu/vert montrait un signal très clair, ou changer, en raison notamment du changement climatique, ayant lieu beaucoup plus tôt que ce que les scientifiques ont découvert auparavant lorsqu'ils se sont penchés sur la chlorophylle, qu'ils prévoyaient présenterait un changement induit par le climat d'ici 2055.

"La chlorophylle change, mais vous ne pouvez pas vraiment le voir à cause de son incroyable variabilité naturelle, " dit Dutkiewicz. " Mais vous pouvez voir un changement lié au climat dans certaines de ces bandes d'ondes, dans le signal envoyé aux satellites. C'est donc là que nous devrions chercher dans les mesures satellitaires, pour un vrai signal de changement."

Selon leur modèle, le changement climatique modifie déjà la composition du phytoplancton, et par extension, la couleur des océans. A la fin du siècle, notre planète bleue peut sembler visiblement altérée.

"Il y aura une différence notable dans la couleur de 50 pour cent de l'océan d'ici la fin du 21e siècle, " Dit Dutkiewicz. "Cela pourrait être potentiellement très grave. Différents types de phytoplancton absorbent la lumière différemment, et si le changement climatique déplace une communauté de phytoplancton vers une autre, cela changera également les types de réseaux trophiques qu'ils peuvent supporter. "